一种超声速爆震发动机及其推进系统的制作方法

本发明涉及爆震发动机设备领域，特别是涉及一种推进系统。此外，本发明还涉及一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

背景技术：

随着高超声速飞行器的发展，推进系统的效率成为了制约发动机推力进一步提高的瓶颈之一，而爆震燃烧热力循环效率高、热释放快，基于爆震燃烧的超声速推进系统布局紧凑，结构简单，因此，爆震基发动机可作为高超声速推进系统的潜在方案。

现有技术中，在高超声速条件下，爆震燃烧室通过斜坡诱导爆震的方式组织燃烧，一体化的超声速爆震发动机中，燃料在前体喷入，燃烧和来流迅速混合，在前体处斜坡诱导产生斜爆震波，通过爆震波的预混气体迅速地在燃烧室发生燃烧，之后通过扩张段膨胀产生推力。

然而，由于现有的爆震基发动机考虑的是采用固定角度的斜坡诱导形成爆震波的方式组织爆震燃烧，来流工况改变时，斜坡角度固定，燃烧波面会产生拥塞使得诱导的斜爆震波发生前传。

同时，现有技术中的推进系统，燃烧室和扩张喷管单独设置，由于燃烧室需要混合燃料，因此，燃烧室的长度一般都较长，导致整个推进系统的体积较大，发动机的结构复杂。

因此，如何提高推进系统的可靠性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种推进系统，该推进系统通过调整斜坡的角度，可有效防止诱导的斜爆震波发生前传。本发明的另一目的是提供一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种推进系统，包括进气道和燃烧室，所述燃烧室内安装有用于引导斜爆震波的斜坡组件，所述斜坡组件包括用于改变来流流向的斜板，并且所述斜板的倾斜角度可调。

优选的，所述斜坡组件还包括用于调节所述斜板角度的伸缩件，所述伸缩件安装于所述斜板远离所述进气道的一侧下部，并且所述斜板靠近所述进气道的一端与所述燃烧室铰接。

优选的，所述斜坡组件还包括用于安装所述斜板的底座，并且所述伸缩件的一端与所述底座连接，另一端与所述斜板连接。

优选的，所述斜板自靠近所述进气道的一端向远离所述进气道的一端向上倾斜设置。

优选的，所述伸缩件为吊设在所述燃烧室中的链条，所述链条的一端与所述燃烧室的内壁连接，另一端与所述斜板连接。

优选的，还包括与所述伸缩件连接的控制器，所述控制器用于：

获取的所述来流的流速；

根据所述来流的流速计算所述斜坡的最佳倾斜角度，以使所述来流点燃后形成的斜爆震波作用在扩张喷管的壁面上；

调节所述伸缩件的长度，以使所述斜坡处于最佳倾斜角度。

优选的，所述燃烧室远离所述进气道的一端设有扩张喷管，并且所述燃烧室与所述扩张喷管形成一体化燃烧室扩张喷管。

优选的，所述进气道与所述燃烧室之间通过隔离段连通。

优选的，所述进气道的前端设有前体燃料喷注口，所述前体燃料喷注口用于向所述进气道中喷入燃料以预混燃料。

本发明还提供一种超声速爆震发动机，包括上述任意一项所述的推进系统。

本发明所提供的推进系统，包括进气道和燃烧室，所述燃烧室内安装有用于引导斜爆震波的斜坡组件，所述斜坡组件包括用于改变来流流向的斜板，并且所述斜板的倾斜角度可调。该推进系统，通过将所述斜坡组件中的斜板设置为角度可调的斜板，可以在所述来流的流速不同时，通过调节所述斜板的倾斜角度，适应不同流速的所述来流，保证来流爆震顺利进行，防止诱导的斜爆震波发生前传，提高该发动机的使用可靠性。

本发明所提供的超声速爆震发动机设有上述推进系统，由于所述推进系统具有上述技术效果，因此，设有该推进系统的超声速爆震发动机也应当具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的推进系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示斜坡组件的放大结构示意图；

其中：1-前体燃料喷注口、2-预混燃料、3-进气道入口、4-斜坡组件、41-斜板、42-伸缩件、43-底座、5-斜爆震波、a-进气道、b-隔离段、c-一体化燃烧室扩张喷管。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种推进系统，该推进系统通过调整斜坡的角度，可有效防止诱导的斜爆震波发生前传，显著提高爆震发动机的使用可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的推进系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示斜坡组件的放大结构示意图。

在该实施方式中，推进系统包括进气道a和燃烧室，该推进系统中的进气道a主要负责捕获来流，使更多的来流经过进气道a前体压缩后进入燃烧室；燃烧室内安装有用于引导斜爆震波5的斜坡组件4，斜坡组件4包括用于改变来流流向的斜板41，并且斜板41的倾斜角度可调，该推进系统设计状态为高超声速状态，燃烧室中的来流速度大于斜爆震燃烧波的火焰前传速度，使得斜坡诱导的斜爆震波5能够稳定在燃烧室位置。

该推进系统的斜坡角度可调，并且设计状态为高超声速状态，燃烧室中的来流速度大于斜爆震燃烧波的火焰前传速度。

进一步，斜板41自靠近进气道a的一端向远离进气道a的一端向上倾斜设置，即斜板41可以在来流的前进方向上，提供斜向上的推力，使得来流在斜板41的斜坡诱导下形成斜爆震波5。

具体的，斜板41斜坡组件4还包括用于调节斜板41角度的伸缩件42，伸缩件42安装于斜板41远离进气道a的一侧下部，并且斜板41靠近进气道a的一端与燃烧室铰接，即斜板41的一端与燃烧室铰接，另一端在伸缩件42的作用下，可以上下摆动，进而实现斜板41倾斜角度的改变。上述设置中，将伸缩件42安装在斜板41远离进气道a的一侧下部，可以有效的减小高温来流对伸缩件42的影响，保证伸缩件42的正常使用，减小损坏，稳定性好。

该推进系统，通过将斜坡组件4中的斜板41设置为角度可调的斜板41，可以在来流的流速不同时，通过调节斜板41的倾斜角度，适应不同流速的来流，保证来流爆震顺利进行，防止诱导的斜爆震波5发生前传，提高该发动机的使用可靠性。

在上述各实施方式的基础上，斜坡组件4还包括用于安装斜板41的底座43，并且伸缩件42的一端与底座43连接，另一端与斜板41连接。上述设置中，斜板41的第一端与底座43铰接，第二端在伸缩件42的作用下升起，伸缩件的一端与斜板41的第二端连接，另一端与底座43连接。

优选的，伸缩件42为伸缩油缸。

在上述各实施方式的基础上，伸缩件42还可以为吊设在燃烧室中的链条，链条的一端与燃烧室的内壁连接，另一端与斜板41连接，当需要改变斜板41的倾斜角度是，通过改变链条的长度即可。

在上述各实施方式的基础上，该推进系统还包括与伸缩件42连接的控制器，控制器用于：

获取的来流的流速；

根据来流的流速计算斜坡的最佳倾斜角度，具体的，上述斜板41的最佳倾斜角度的确定原则为，使来流点燃后形成的斜爆震波5作用在扩张喷管的壁面上，具体可以通过多次试验总结出来流流速与斜坡的最佳倾斜角度之间的关系，并以此作为控制器的数据参考依据；

然后，控制器通过调节伸缩件42的长度，以使斜坡处于最佳倾斜角度。

在上述各实施方式的基础上，燃烧室远离进气道a的一端设有扩张喷管，并且燃烧室与扩张喷管为一体结构，燃烧室和扩张喷管共同构成一体化燃烧室扩张喷管c，将斜爆震燃烧室和推力扩张喷管组合到一块，可以有效减小斜爆震波5与扩张喷管壁面之间的反射角度。

在上述各实施方式的基础上，进气道a与燃烧室之间通过隔离段b连通，隔离段b构成了该推进系统的隔离段，隔离段位于进气道a和一体化燃烧室扩张喷管c之间，隔离段b除了具备隔离进气道a和燃烧室间的相互干扰的作用外，燃料能够在隔离段的相对较长的距离内进一步混合，在隔离段的出口，即燃烧室的入口，形成完全充分混合的均匀预混可燃气体。

在上述各实施方式的基础上，进气道a的前端设有前体燃料喷注口1，前体燃料喷注口1用于向进气道a中喷入燃料以预混燃料2。具体的，进气道a具有燃料掺混的功能，在进气道a的前体位置设有前体燃料喷注口1，喷的是氢气燃料，喷入的燃料具有一定穿透深度，进气道a前体的距离长，到隔离段时燃料基本混合均匀，并且燃料恰好能够完全进入进气道入口3，不会从下面的唇口，即进气道入口3溢出。

该推进系统中，由于在进气道a的前端设有前体燃料喷注口1，并且在进气道a和燃烧室之间设置隔离段b，因此，燃料可以在进气道a的前体部分以及隔离段进行混合，到达燃烧室时，已经混合均匀，燃烧室的长度可以尽可能的缩短，进而与扩张喷管形成一体结构，这里所指的一体化燃烧室扩张喷管c是指在扩张喷管的一端设置长度足以形成斜爆震波的长度即可，使得一体化燃烧室扩张喷管c的总长度相对于现有技术中的燃烧室和扩张喷管的长度明显降低，使得发动机的长度降低，简化了结构，节约制作成本，重量降低，还可以降低发动机的运输成本。

本实施例所提供的推进系统采用爆震燃烧，提高了燃烧效率，利用可调角度的斜坡诱导起爆来流预混气体，使得来流预混气充分燃烧，燃烧后充分膨胀，并且充分利用斜爆震波5后气体膨胀的特性将扩张喷管和燃烧室紧凑设计为一体，大大缩短、简化了发动机的结构。

具体的，这种推进系统在高超声速来流条件下，燃烧室和出口扩张型面结合在一起，通过燃烧室壁面的角度可调的斜坡诱导形成稳定的不发生前传的斜爆震波5，预混气体燃料通过斜爆震波5燃烧，迅速释放热量，膨胀产生推力。

而且，进气道a采用前体位置燃料提前喷注预混的方式，燃烧室和扩张段相结合，角度可调的斜坡诱导形成斜爆震波5的，基于爆震燃烧的一体化高超声速冲压推进系统。如图1所示，该一体化热射流起爆斜爆震推进系统主要由进气道a、隔离段、一体化燃烧室扩张喷管c、前体燃料喷注口1以及角度可调的斜坡装置组成。

可调角度的斜坡和一体化燃烧室扩张喷管c的配合是该推进系统最大的特点。具体的，假设斜坡角度为θ1，预混气体的斜爆震波5传播马赫数为mcj，对于斜坡角度为θ1，当来流马赫数m0介于[m下，m上]并且有m下>mcj时，来流预混气能够通过斜坡诱导起爆斜爆震波5。

当θ1减小时，m下和m上会同时增大；反之θ1增大时，m下和m上会同时减小。在隔离段末尾，燃烧室之前，燃料充分混合，速度大于斜爆震燃烧波的前传速度m0>mcj，可以通过斜坡诱导产生斜爆震波5。来流速度较低时仍然大于斜爆震燃烧波的前传速度，需要较大的斜坡角度才能诱导产生斜爆震波5，但斜坡角度不能过大，否则会使得产生的斜爆震波5与扩张面的夹角太大，燃烧产生拥塞，发生前传，导致起爆失败。当来流速度稍大于斜爆震波5前传速度mcj时，可以通过在爆震能够起爆的范围内，稍微调节减小斜坡角度从而避免发生拥塞。因此，斜坡角度可以灵活调节，使得来流速度由小变大时，斜坡角度从大变小，保证能诱导起爆斜爆震波5，又不使爆震波发生拥塞前传导致起爆失败。恰当角度的斜坡通过诱导超声速来流形成弓形激波，弓形激波迅速点燃来流可燃气形成斜爆震波5。斜爆震波5面处，燃料迅速燃烧变成燃烧产物并且释放大量的热量，斜爆震波5正好作用在扩张喷管壁面，且斜爆震波5和壁面夹角小，爆震波后的高温燃烧产物在喷管发生膨胀，速度增加，使得推进系统产生推力。总的来说，当来流速度超过mcj后，斜坡呈一定角度，诱导斜爆震波5，且保证斜爆震波5在一体化燃烧室扩张壁面上反射膨胀，且保证斜爆震波5不发生拥塞前传；来流速度增大后，控制减小斜坡角度，此时斜坡还是能够起爆斜爆震波5，并且保证了斜爆震波5不拥塞。

除了上述推进系统以外，本发明还提供了一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机，该超声速爆震发动机的其他各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的推进系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。